物流系统建模及模型化技术概述

第三章物流系统建模及模型化技术系统模型的概念及分类物流系统模型的建立结构模型化技术——解释结构模型13.1系统模型概念及分类一、对模型的认识

二、物流系统模型的定义

三、模型的分类2一、对模型的认识345一般的优化设计模型可以表示如下：6从以上实例中，可以看出模型有以下特点：模型反映了真实系统的特征及其变化规律模型是实体的抽象或模仿模型反映同类事物的共性模型忽略了与分析无关的因素7现实世界的系统原型模型（数学模型）结论现实世界的分析、预测、决策、控制现实世界与模型的关系抽象、翻译分析求解解释现实问题比较检验模型8模型：模型是对真实系统的特征及其变化规律的一种表示或抽象，而且往往是对系统中那些所要研究的特征的抽象。二、模型的定义9物流系统模型：物流系统模型是对物流系统的特征要素、相关信息和变化规律的一种抽象表述，反映物流系统某些本质属性。10物流系统模型型的特征：（1）是物流流系统中现实实实体的抽象象或模仿；（2）由一些些与物流系统统分析有关的的因素所组成成；（3）用来表表明物流系统统中各因素间间的关系。建立模型的目目的就在于通过模模型将复杂的的事物简单化化，通过模型型认识和掌握握系统规律和和特征。11三按模型型形式式进行行的详详细分分类123.2物物流流系统统模型型的建建立一、物物流系系统建建模原则二、物物流系系统建建模思路三、物物流系系统建建模步骤四、建建立数数学模模型的的注意事事项131．准准确性性（本质规规律））2．可可靠性性（精确确度））3．简简明性性4．实实用性性（标准准化、、规范范化，，要尽尽量采采用已已有的的模型型）5．反反馈性性（由浅浅入深深、循循序渐渐进））一、物物流系系统建建模原则14任务驱驱动的的教学学过程程模型型15二、、物物流系系统建建模思路模型变变量，，通常常都包包括有有可控变变量和不可控控变量量。模型型表示示如下下：U=f(xi,yi)式中：：U——描描述系系统功功能的的效用用或准准则值值，也也叫作作目标标函数数；xi——可可控变变量；；yi——不不可控控变量量，对对U有影响响；f——目目标函函数U与变量量xi,yi之间的的关系系函数数。上面的的关系系式加加上约束条条件就形成成一个个完整整的系系统模模型161．直直接分分析法法当系统统比较较简单单，问问题很很明确确时，，可按按问题题的性性质直直接建建立模模型。例1：：面积为为一定定值的的矩形形中，，周长长最小小时矩矩形各各边的的长度度。解：因因为是是矩形形，其其对边边两两两相等等。设设其——边长长为x．邻边边长为为y，则周周长L=2（x+y）。设设矩形形面积积为A。则则有A＝xy或y＝A／x（约束束条件件）把上式式代人人周长长L的的关系系式，，可得得L＝2(x十y)＝＝2(x十A／x)（目标标函数数）上式中中A是是定值值，即即A是是不可可控变变量。。欲求求L最最小时时的x值，可可用x的一一阶导导数为为零来来求解解。最最后可可解得得x=y。。结果：要保持持面积积A不不变而而周长长L最最小时时，x与y应相相等，，即正正方形形。17例2最最佳库库址选选择问问题。。某矿拟拟建一一新供供应仓仓库供供应Pi(i＝＝1，，2，，…，，n)个井井口、、厂用用料。。从新新库到到各用用料点点的运输费费用与与运输输量和和运输输距离离的乘乘积成成正比比。已知知各用用料点点的物资需需用量量为Wi(i＝＝1，，2，，…，，n)。应应如何何选择择新库库的位位置，，才能能使总总运输输费用用最低低。解:如如图3-2所示示，图图中P1，P2，…，，Pn分别表表示各各用料料点的的位置置；P（x，y）为新新选库库址。。18根据本本题的的要求求，用用直接接分析析法可可以得得出：：从仓库库P（x,y）到用料料点Pi(xi,yi)运输距距离为为：（两点点间的的距离离公式式）从仓库库P（x,y）到用料料点Pi(xi,yi)运输费费用为为：（根据据题目目，运运输费费用与与运输输量和和运输输距离离的乘乘积成成正比比）前面是是一个个点的的运输输费用用，当当有n个用用料点点时，，总的的运输输费用用为：：（将每每个点点的费费用求求和））上式中中S表表示总总运输输费用用，即即是我我们需需要的的目标标函数数，按按题意意是求求它的的最小小值，，即min(s)。。192．数数据分分析法法当系统统结构构的性性质尚尚不够够清楚楚，可可以通通过分析已已有的的数据据或试验验数据据建立立系统统的模模型，，这种种建立立模型型的思思路就就是数数据分分析法法。回归分分析是一种种常用用的数数据分分析建建模法法例如:203.实实验验分析析法例：分分析某某种产产品广广告费费用与与销售售量的的关系系（局部部实验验推广广到整整体））现有的的数据据分析析不能能确定定个别别变量量对整整个系系统的的影响响，又又不可可能做做大量量试验验时，，可以以在系系统上上作局局部试试验，，确定定关键键变量量，弄弄清楚楚其本本质特特性及及其影影响。。214.主主观观想象象法（（经验验法））当系统统结构性性质不不明确确，又无足够够的数数据，系统统上又又无法做做实验验，对这这类问问题，，可以以利用用“主主观想想象””来人人为地地实现现一个个模型型。22三、物物流系系统建模步步骤（1））弄清清问题题，掌掌握原原型的的真实实特征征（2））搜集集资料料（3））确定定因素素之间间的关关系（4））构造造模型型（5））求解解模型型（6））检验验模型型的正正确性性23四、建建立数数学模模型的的注意意事项项1．从从尽可可能简简单的的模型型出发发2．理理解系系统所所具有有的物物理法法则3．利利用己己知的的数学学模型型243.3结结构构模型型化技技术一、概概述述二、解解释释结构构模型型（ISM）（InterpretativeStructuralModelling）三、ISM的应应用25一、概概述述（一)结结构模模型概概念及及性质质结构模模型：应用用有向连连接图图来描述述系统统各要素素间的的关系系，以表表示一一个作作为要要素集集合体体的系系统的的模型型。基本性性质：1.结结构模模型是是一种种几何模模型；2.结结构模模型是是一种种以定性分分析为为主的模型型；3.结结构模模型即即可用用有向连接接图描描述，又可可用矩阵形形式来来表示示；4.结结构模模型处处于数学模模型形形式和文章章表现现的逻辑分分析形形式之间。。26(二)结结构模模型化化技术术（教材材P35图）结构决定技术问题发掘技术脚本法专家调查法发想法集团启发法关联树法解释结构模型（ISM）决策实验与评价实验室系统开发计划程序静态结构化技术交叉影响分析凯恩仿真模型快速仿真模型系统动力学（SD）工作设计动态结构化技术273.3结结构模模型化化技术术一、概概述二、解解释结结构模模型（（ISM））（InterpretativeStructuralModelling）三、ISM的应用28二、解释释结构模型型（ISM）（一）图的的基本概念念（二）图的的矩阵表示示法（三）ISM的建模模步骤适用范围：：变量众多、、关系复杂杂、结构不不清晰的系系统29（一）图的的基本概念念1.有向图图形——由由节点和若干有向边联结而成的的图形。节点———利用一一个圆圈代代表系统中中的一个要要素，圆圈圈标有该要要素的符号号；有向边———用带有箭箭头的线段段表示要素素之间的影影响。箭头头代表影响响的方向。。2.回路路———有向连接接图的两个个节点之间间的边多于一条条时，就构成成了了回路。3.环4.树树5.关联树树30例：在教育技术术应用中的的计算机辅辅助教学（（CAI））其过程可可以简单表表示为：教教师设计CAI课件件提供给学学生自主学学习，CAI课件通通过计算机机向学生显显示教学内内容，并对对学生提问问，学生根根据计算机机的提问作作出反应回回答。这样样一类CAI活动过过程，我们们可以用图图1表示。。TMS教师计计算机多媒媒体学学生生图1CAI系系统结构模模型31（二）图的的矩阵表示示法1.邻接矩矩阵对于一个有有向图，我我们可以用用一个m××m方形矩矩阵来表示示。m为系系统要素的的个数。矩矩阵的每一一行和每一一列对应图图中一个节节点（系统统要素）。。规定：要要素Si对对Sj有有影响时时，矩阵元元素aij为1，要素素Si对Sj无影响时，，矩阵元素素aij为0。即（1）对于图1中中，m=3即可构成成一个3×3的方形矩矩阵，表示示为：32根据式（1）则用矩矩阵表示为为：上述这种与与有向图形形对应的，，并用1和和0表现元元素的矩阵阵称为邻接矩阵33

S1S2S3S4S5图2有有向连接接图34邻接矩阵描描述了系统统各要素之之间直接关系，它具有如如下性质：⒈邻接矩阵和和有向图是是同一系统统结构的两两种不同表表达形式。。矩阵与图一一一对应，有向图形形确定，邻邻接矩阵也也就唯一确确定。反之，，邻接矩阵阵确定，有有向图形也也就唯一确确定。⒉邻接矩矩阵的矩阵阵元素只能能是1和0，它属于于布尔矩阵。布尔矩阵阵的运算主主要有逻辑和运算算以及逻辑乘运算算，即：0+0=00+1=11+1=11×0=00×1=01×1=1⒊在邻接接矩阵中，，如果第j列元素全全部都为0，则这一一列所对应的要素Sj可确定为该该系统的输输入端。例例如，上述述矩阵A中，对应S1列全部为0，要素S1可确定为系系统的输入端（汇汇）。⒋在邻接接矩阵中，，如果第i行元素全全部都为0，则这一一行所对应应的要素Si可确定为该该系统的输输出端。例例如，上述述矩阵A中中，对应S5行全部为0，要素S5可确定为系系统的输出端（源源）。352.可达矩矩阵如果一个矩矩阵，仅其其对角线元元素为1，，其他元素素均为0，，这样的矩矩阵称为单位矩阵，用I表示示。根据布布尔矩阵运运算法则，，36（三）划划分可达矩矩阵（区域、层层级）371.建立邻邻接矩阵（（上三角阵阵）2.计算可可达矩阵3.可达矩矩阵的划分分（1）区域域的划分（（Π1）（2）级间间的划分（（Π2）（3）强连连通块的划划分4.求缩减减可达矩阵阵M`5.骨干阵阵S（最少少边的可达达矩阵）6.做出递递阶有向图图（四）ISM的计计算步骤38设定问题、形成意识模型找出影响要素要素关系分析（上三角阵）建立可达矩阵(R)和缩减矩阵（M/）矩阵层次化处理(ML/)绘制多级递阶有向图建立解释结构模型分析报告比较/F学习图3ISM的的建模步骤骤（五）ISM的建建模步骤393.3结结构模型化化技术一、概述述二、解释释结构模型型（ISM）（InterpretativeStructuralModelling）三、ISM的应应用40（一）ISM的工作作程序1.组建ISM实施施小组2.设定关关键问题，，选择影响响关键问题的的导致致因素3.列举各各导致因素素的相关性4.根据各各要素的相相关性，建立邻接矩矩阵和可达达矩阵5.对可达达矩阵分解解后，建立结构模模型6.根据结结构模型建立解释结结构模型41（二）ISM的的应用（举举例）4243经过对比研研究,确定定关键问题为市场需求求约束物流流产业的发发展(S0),影响因因素为12项,分别别为:企业业和社会对对物流产业业缺乏正确确和充足的的认识(S1);物流和和配送方面面的人才短短缺(S2);物流业业发展所需需的制度环环境和改革革法规政策策尚未完善善(S3);缺少综综合性物流流服务(S4);分散的的物流管理理和流通体体制的制约约(S5);对物流流产业的认认识存在偏偏差(S6);物流产产业的管理理模式不合合理(S7);物流业业整体服务务质量较低低(S8);对物流流产业的基基础理论研研究落后(S9);政府管管理分散,政策、法法规不够统统一(S10);物流流基础设设施的建建设与物物流产业业的发展展不适应应(S11);物流流管理和和技术人人才欠缺缺(S12)。44经小组成成员讨论论得出各各要素间间关系（（邻接矩矩阵）45计算得到到可达矩矩阵4647484950515253545556以任务驱动式式教学过程模模式为例（一）系统要要素分析任务驱动式教教学过程：是指教师根据据教学目标和和学生实际向向学生提出学习任务务，同时提供完完成任务所需需要的学习资资源和相关材材料，要求学学生利用资源源完成一个作作品，教师还还提供对作品的的评价指标体体系并对学生作品品作出评价，，要求学生在在完成作品和和理解教师对对作品的评价价意见之后，，形成有意义义的知识，即即完成知识的建构。我们可以把上上述教学过程程分解为：教师活动、学学生活动、学学习任务、学学习资源、学学生作品、评评价指标、知知识建构等7个活动要素素。这些要素之之间的存在着着直接的因果果关系。如教教师提出学习习任务、提供供学习资源、、建立作品评评价指标等。。我们把每一一个因素（Si）分别与其他他因素进行比比较，如果存存在直接因果果关系的，如如表1所示。。（二）ISM的应用用（举例）57表1要素素关系表教师学生学习任务学习资源评价指标学生作品知识建构教师S1○提出任务○提供资源○制定指标学生S2○完成任务○形成知识学习任务S3○驱动学习学习资源S4○学生利用评价指标S5○评价作品学生作品S6○学习结果意义建构S758（二）建立邻邻接矩阵根据要素关系系表建立邻接接矩阵A：59（三）进行矩矩阵运算，求求出可达矩阵阵60＝R61（四）对可达达矩阵进行分分解定义：⒈可达集合R（Si）：可达矩阵中中要素Si对应的行中，，包含有1的矩阵阵元素所对应应的列要素的的集合。代表表要素Si到达的要素。。⒉先行集合A（（Si）：可达矩阵中中要素Si对应的列中，，包含有1的的矩阵元素所所对应的行要要素的集合。。代表到达要要素Si的要素。⒊交集T=R（Si）∩∩A（Si））为了对可达矩矩阵进行区域域分解，我们们先把可达集集合与先行集集合及其交集集列出在表上上，如表2所所示。62表2可达达集合与先行行集合及其交交集表iR(Si)A(Si)R(Si)∩A(Si)11,2,3,4,5,6,71122,6,71,2,3,4232,3,6,71,3342,4,6,71,4455,6,71,5566,71,2,3,4,5,66771,2,3,4,5,6,7763(1)对可可达矩阵的区区域分解64（2）层级分分解目的:了解系统中各各要素之间的的层级关系，最顶层表示示系统的最终终目标，往下下各层分别表表示是上一层层的原因。利利用这种方法法，我们可以以科学地建立立教学过程或或其它问题的的类比模型。。方法:是根据R（Si）∩A（Si）=R（Si）条件来进行层层级的抽取。。如表2中对对于Si=7满足条件件，这表示S7为该系统的最最顶层，也就就是系统的最最终目标。然后，把表2中有关7的的要素都抽取取掉，得到表表3：65表3抽出出7后的结果果iR(